醫院手術部凈化空調系統節能設計的幾點建議

　【摘要】本文結合工程實例，介紹了一些醫院潔凈手術部凈化空調系統設計中的節能方法，包括優化手術部建筑平面布局、合理劃分凈化空調系統、采用二次回風處理過程、在送風主管道安裝定風量閥、新風機組和凈化循環機組都采用變頻風機以及設定手術室過渡季和非工作狀態的運行模式等。

引 言 

　　 
　　隨著醫院建筑現代化程度的提高，醫院潔凈室正在從潔凈手術室向潔凈手術部方向發展。由國家建設部頒發的《醫院潔凈手術部建筑技術規范》GB50333-2002明確規定了我國潔凈手術部用房的潔凈度、溫濕度、送風量和新風量等主要技術指標，這對我們進行醫院手術部凈化空調系統的設計提出了嚴格的要求。并且建設部頒發的《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005已經從2009年7月1日開始實施，對全國新建、擴建和改建的公共建筑，提出了節能要求，目的是提高暖通空調系統的能源利用效率實現國家的可持續發展的戰略。因此，針對醫院手術部空調凈化系統能耗特別高的特點，設計既滿足醫院潔凈手術部建筑技術規范要求又節約能源的凈化空調系統具有非常重要的意義。關于潔凈手術室凈化空調系統的節能措施有很多，包括選擇二次回風空氣處理過程、潔凈手術室的正壓控制、采用熱回收裝置和凈化空調系統的節能運行等，具體內容見參考文獻1。本文主要以天津市某醫院潔凈手術部的凈化空調系統設計為例，介紹了一些節能措施的具體應用。 
　　 
　　1.手術室概況與平面布局 
　　 
　　該醫院的新建潔凈手術部主要服務于“器官移植”手術，位于醫院建筑的13層東、西兩側和12層東側（建筑平面分為東、西兩側，中間由空中走廊連接），其中13層東、西兩側主要由16間潔凈手術室、潔凈走廊、清潔走廊及手術室潔凈輔助用房組成，并且16間潔凈手術室包括6間I級手術室，4間II級手術室， 6間III級手術室（包括一間正負壓轉換手術室），另外13層西側包括一部分ICU及其輔房，但是ICU的凈化空調系統與醫院手術部相互獨立。12層東側主要由家屬等候室、病梯廳、客梯廳及手術部辦公輔助用房組成。該醫院潔凈手術部12層和13層的建筑平面布局。 
　　 
　　2.醫院手術部凈化空調系統的節能方法 
　　 
　　2.1 優化手術部建筑平面布局 
　　該醫院手術部由于手術室數量較多采取了環形布置方案，手術室潔凈輔房位于建筑平面中間，這樣的布置方案具有流程短捷，效率高的特點。手術部的通道布置采用雙通道方式，中間通道設為潔凈走廊，外廊設為清潔走廊，這種方式便于做到潔污分明、疏散方便。同時根據《醫院潔凈手術部建筑技術規范》GB50333-2002中的有關定義：手術部是由若干間手術室及為手術室服務的輔助房間組成的輔助區組建而成。輔助區內的用房又可分為直接或間接為手術室服務。直接為手術室服務的功能用房可設置凈化空調系統，為潔凈輔助用房，而且應設置在潔凈區內；非潔凈輔助用房應設置在潔凈手術部的非潔凈區域。因此，在此醫院手術部的建筑平面布置中，把直接為手術室服務的功能用房（包括一次性物品、無菌敷料及器械與精密儀器的存放室、麻醉準備室、刷手間、治療室和檢驗室等）與潔凈手術室一同設置在13層；把間接為手術室服務的功能用房（包括辦公室、會議室、教學觀摩室、值班室等）設置在12層。 
　　在此醫院手術部凈化空調設計方案中根據《醫院潔凈手術部建筑技術規范》GB50333-2002所規定的潔凈手術室與主要潔凈輔助用房分級標準合理設定一些功能用房的潔凈等級，比如把手術部潔凈輔房和潔凈走廊設計為10萬級潔凈區域；把恢復室、更衣室、手術部辦公輔房和清潔走廊等區域設計為30萬級潔凈區域，把衛生間、病梯廳、客梯廳以及家屬等候等區域設計為非潔凈區域（舒適性空調區域）。 
　　因此，優化手術部建筑平面布局的目的不僅是使手術部流程更加合理，而且便于在醫院手術部的凈化空調設計階段劃分不同功能用房的潔凈等級，并將一部分不必劃入潔凈區域的功能用房設計為舒適性空調，從而根據凈化空調和舒適性空調的設計標準的差異通過降低這些功能用房的送風量和/或新風量，達到減少送風能耗的效果。 
　　2.2 合理劃分凈化空調系統 
　　在此醫院手術部凈化空調系統設計方案中，考慮到手術室及其輔房位于建筑平面內部只有室內熱負荷需要常年供冷；清潔走廊及手術部辦公輔房位于建筑平面外圍存在通過外圍護結構的傳熱，夏季需要供冷、冬季需要供熱，因此根據不同功能用房的冷熱負荷的特點，需要對此醫院手術部的凈化空調系統進行內外劃分。并且，手術部的16間I級、II級和III級手術室和10萬級手術室輔房全部采用二次回風方式的全空氣凈化系統，30萬級手術室輔房以及非凈化區域設計為舒適性空調全部采用風機盤管加新風系統，所不同的是30萬級凈化區域的送風末端采用亞高效空氣過濾器，非凈化區域內的送風口采用散流器。 
　　根據《醫院潔凈手術部建筑技術規范》GB50333-2002的有關規定：1）潔凈手術室應與其輔房分開設置凈化空調系統；2）Ⅰ、Ⅱ級潔凈手術室應每間采用獨立凈化空調系統，Ⅲ、Ⅳ級潔凈手術室可2～3間合用一個系統；3）新風可采用集中系統；4）各手術室應設置獨立排風系統。因此該醫院手術部的凈化空調系統劃分情況如下： 
　　(1)，6間I級手術室和4間II級手術室采用一拖一形式，設置10臺凈化循環空調機組，空氣處理過程采用二次回風方式。10套系統設置1臺新風機組集中處理新風，各手術室獨立設置排風系統。做到用哪間手術室，開那間的室內循環機組，以節約能源。 
　　(2)，1間正負壓切換III級手術室采用1套凈化循環空調機組，其他5間III級手術室分別采用一拖二和一拖三的形式，設置3臺凈化空調機組，空氣處理過程采用二次回風方式。3套系統設置1臺新風機組集中處理新風，各手術室獨立設置排風系統。 
　　(3)，手術部的十三層西側潔凈走廊、10萬級手術室輔房和空中連廊（潔凈走廊）設置1臺凈化循環空調機組；十三層東側潔凈走廊、10萬級手術室輔房設置1臺凈化循環空調機組，空氣處理過程采用二次回風方式。2套系統設置1臺新風機組集中處理新風，該新風機組同時負擔十三層東側手術部辦公輔房的新風。此外，13層手術部東側潔凈走廊和10萬級手術室輔房設置1套排風系統，13層手術部東側清潔走廊和30萬級手術室輔房設置1套排風系統；13層手術部西側潔凈走廊和10萬級手術室輔房設置1套排風系統，13層手術部西側清潔走廊和30萬級手術室輔房設置1套排風系統。 
　　綜上所述，根據醫院手術部不同區域的冷熱負荷的特點，按內外分區方式劃分成15個凈化空調系統，共設置凈化循環空調機組15臺，新風處理機組3臺。這種內外分區方式不僅便于管理，而且避免了在同一凈化空調系統內出現外區需要供熱、內區需要供冷，即同時供熱和供冷的現象，從空氣處理過程的角度出發避免了冷熱抵消的現象，從而達到節能的效果。 
　　2.3 凈化空調系統全部采用二次回風處理過程 
　　醫院凈化空調系統與一般舒適性空調相比，在空調的熱濕處理過程中具有送風量大、相對冷熱負荷小及送風溫差小的特點，傳統凈化空調系統夏季采用一次回風處理過程如下： 
　　本凈化空調方案夏季所采用的二次回風空氣處理過程如下： 
　　對比一次回風和二次回風的空氣處理過程可以發現采用傳統一次回風處理過程容易造成手術室凈化空調系統設備體積大，冷卻、加熱盤管冷熱抵消的現象，而使用二次回風處理過程來代替再熱過程可以有效解決這些問題。下面以一間I級潔凈手術室（夏季室內溫度：23℃，相對濕度：50%，面積：38.10m2，層高：3.0m，人數：10，室內熱負荷：4.5Kw）為例進行能耗計算以證明二次回風處理過程的節能效果。此間I級手術室的一次回風和二次回風的處理過程。 
　　由此可見，對于這間I級潔凈手術室，若室內凈化循環機組選用美國麥克維爾空調公司生產小型潔凈室用中央空調，根據機組承擔的制冷量和制熱量則一次回風處理過程需要的制冷輸入功率和制熱輸入功率分別17.2Kw和17.8Kw，二次回風處理過程只需要的制冷輸入功率是4.3Kw。假設這間I級手術室凈化空調系統每天運行12h，電價按0.8元/（Kw?h）計算，在天津夏季空調設計工況條件下（室外干球溫度：33.4℃，濕球溫度：26.9℃），采用二次回風處理過程比一次回風處理過程每天節約電費多達295元。因此，對于高凈化級別的潔凈手術室、潔凈走廊和10萬級手術室輔房采用二次回風的空氣處理過程可以明顯達到降低設備成本和運行費用、節約能耗的效果。 
　　2.4 送風主管道安裝定風量閥并且新風機組和凈化循環機組均采用變頻風機 
　　保證手術室的送風量對于手術室潔凈效果影響很大，因此要對送風量進行精確的調節。為了保證潔凈手術室的正常定風量運行狀態并且避免空氣過濾器積塵對系統送風量的影響，可以在各手術室送風主管道上安裝定風量閥。 
　　另外，可以在新風機組和凈化循環機組上采用變頻控制。新風機組采用變頻風機的目的是根據手術室的運行情況對新風量進行變頻調節，保證各手術室凈化循環空調機組的新風量在冬夏季工作班運行模式按設計工況新風量運行；在非工作模式按維持手術室正壓狀態所需的最小新風量運行；在過渡季工作運行模式按最大新風量運行。手術部凈化循環風機新風管入口設2個分支，其中新風主支管安裝電動兩態閥，實現冬夏季工作班設計工況新風量和非工作班正壓新風量之間的轉換，另1個分支安裝電動密閉閥，冬、夏季為關閉狀態，過渡季節為開啟狀態，實現過渡季工作班的運行新風量。循環凈化機組采用變頻風機的目的是為了保證在送風末端高效過濾器阻力逐漸增加的過程中穩定送風量，從而維持手術室的氣流模式和潔凈度。 
　　2.5 設定潔凈手術室非工作狀態和過渡季的運行模式 
　　該醫院潔凈手術部空調凈化方案采用凈化循環空調機組與獨立的新風（正壓送風）組合系統，并且新風系統不僅承擔正常新風量也承擔各手術室的正壓風量，每間手術室擁有各自獨立的凈化循環空調機組，它的風量變化不影響手術部的正壓分布。這種方案的優點是可使每間潔凈手術室凈化空調和維持正壓兩大功能分離，同時又能將整個潔凈手術部聯系在一起。 
　　潔凈手術室的運行模式分為冬夏季工作運行模式、非工作運行模式和過渡季工作運行模式。對于處于非工作運行模式的手術室，當手術部中只有部分手術室工作期間，只需運行部分手術室的凈化循環空調機組和新風機組，對于其他非工作的手術室只輸送少量新風維持其正壓狀態；在手術部非工作期間，可大大降低手術部的溫濕度要求，關閉手術室的凈化空調系統，只輸送少量新風以維持其正壓、無菌狀態。 
　　對于處于過渡季工作運行模式的手術室，利用春、秋兩季新風焓值低于或高于室內空氣焓值的特點，適當加大凈化空調系統的新風量，利用新風替代冷源可以縮短制冷機的運行時間從而達到節能的效果。雖然過渡季加大新風量將增加新風機組的風機電耗及初、中效過濾器的負荷，但總體來講仍然節約能耗和運行費用，是目前凈化空調系統常用的節能措施。并且，手術室的排風機采用雙速風機，過渡季節按高速運行，非過渡季節按低速運行。潔凈手術室在不同模式下的具體運行方式如下： 
　　1）在某手術室冬夏季工作運行模式時，啟動凈化循環空調機組風機，開啟新風送風主支管上的電動兩態閥 
　　1（控制冬夏季工作態/非工作態）高風速送風，關閉新風分支管上的電動密閉閥 
　　2（控制過渡季工作態）；同時開啟回風總管電動密閉閥3和排風總管電動密閉閥 
　　3，排風機連鎖啟動并按低檔風速運行。 
　　2）在某手術室非工作運行模式時，關閉凈化循環機組風機，開啟凈化循環風機新風主支管上的電動兩態閥1（控制冬夏季工作態/非工作態）低風速送風，關閉新風分支管上的電動密閉閥2（控制過渡季工作態）；關閉回風總管電動密閉閥3和排風總管電動密閉閥4，排風機連鎖關閉。 
　　3）在某手術室過渡季工作運行模式時，啟動凈化循環機組風機，關閉新風主支管上的電動兩態閥1（控制冬夏季工作態/非工作態），開啟新風分支管上的電動密閉閥2（控制過渡季工作態）實現高速送風；關閉回風總管電動密閉閥3，開啟排風總管電動密閉閥4，排風機連鎖啟動并按高檔風速運行。 
　　此外，對于正負壓手術室的壓力控制，設置2臺排風機，根據正負壓需要切換排風機，正壓運行時，啟動低風量排風機；室內為負壓運行時，啟動高風量排風機。因此，設定潔凈手術室的非工作狀態運行模式，停止運轉循環風機及排風機，只提供少量的新風量維持手術室的正壓狀態，可以降低風機和制冷機的電耗達到節能的效果；設定潔凈手術室的過渡季工作模式可以充分利用新風作為天然冷源，通過推遲制冷機的啟動時間和降低制冷機的能耗達到節能的效果。 
　　 
　　結 語 
　　 
　　在進行醫院潔凈手術部的凈化空調系統設計時，在滿足醫院潔凈手術部保障體系要求的前提下通過采取一些有效的節能方法，不僅可以提高醫院手術部凈化空調系統的運行管理水平，而且可以達到提高能源的綜合利用率、降低設備成本和運行費用、節約能耗的效果。